高职《航空发动机试车技术》课程项目式仿真教学系统设计

丁哲民 舒毅 都昌兵

[摘要] 为了解决目前职业院校《航空发动机试车技术》教学过程中普遍存在教学内容抽象难懂、理论与实践相割裂、缺失企业真实工作情境等问题，文章将虚拟现实技术与项目式教学有机融合，着重从项目教学特点、项目式仿真教学系统设计原则进行研究，在此基础上，进行《航空发动机试车技术》课程项目式仿真教学系统设计，以期为项目式仿真教学研究人员提供借鉴。

[关键词] 试车技术;项目教学;仿真;功能框架;用户界面

《航空发动机试车技术》课程是航空发动机维修技术专业的一门专业核心课程。该课程主要包含参数的调整和试车技术内容，重点培养学生具备发动机调整、试车、故障诊断和排除等综合职业技能。但受制于航空发动机试车生产现场的特殊性、安全性，实践教学经费昂贵等因素影响[1]，难以实施突出情境真实性、学生为主体的项目教学方法、理实一体化教学模式，以至于对学生航空发动机试车综合职业技能的培养与企业需求存在较大差距的问题。鉴于此，采用基于信息化、虚拟现实技术的虚拟仿真教学方法[2]、以实物设备为基础，开展虚拟和现实相结合的项目式教学，既与理论教学有效融合，又模拟创设与企业相似的工作情境，深化校内学习与实际工作相融通[3]。

一、项目化教学法的特点

（一）情境真实而具体

项目教学法必须基于真实而具体的情景进行项目设计，基于此，以贴近航空发动机试车工作真实情境，学习情景设计须真实而具体，以工作真实情境为原型，以工学结合为要领，以航空发动机试车技术教学要素为主体，融入工作岗位要素，进行情景设置，设置的情境需既能起到引导学生快速进入职业角色，又能使学生快速明确学习任务，为培养学生职业素养、职业情感、职业技能奠定基础。

（二）教学内容综合而开放

项目教学内容具有高度综合性，根据项目要求，以培养复合型技能型人才为目标，以先进技术、设备和工艺成果为契机，以工作岗位需求为导向，打破学科体系，对教学内容进行跨学科、针对性地重构融合，实现知识、能力、情感深度综合性融合，满足学生对完成项目所需学习内容全面、开放性需求。

（三）学生收获多面而个性

项目化教学围绕所有学生优势和特点展开教学，符合高职学生差异性、创造性、无限可能性的发展规律，突出以“学生为中心”教育理念，充分发挥学生的积极主动性，将客观接受的“学习状态”转变为主观进取的“学习氛围”，强化每一个学生参与度，使每一个学生都得到个性化发展。因此，项目教学成果呈现出不唯一，多元化特点，凸显学生收获多面而个性需求。

（四）评价方式多样化

项目教学评价方式的主体可以是教师、学生、甚至是企业或社会，相应评价方式表现出多样化[4]：师评、互评、自评、企业参评等多种协同评价模式，这种多主体多样化协同评价模式，充分发挥学生的主体能动作用，通过对自己的学习成果作出科学、有效的自我评价和总结，可以动态适时检查自己的学习进展情况，并相应及时进行调整。同时，也改善了对教学质量单方评价的片面性，通过对教学质量进行综合评价，实现了教学内容动态化，满足了教学内容及时更新和完善，促进师资队伍建设和教学质量的进一步提高，提高社会服务满意度[5]。

二、项目式仿真教学系统设计的原则

（一）设计与工作真实情境逼真的UI界面

以增强系统应用程序的功能以及用户真实体验度，强化系统的普遍实用性以及逼真的视觉效果，模拟航空发动机真实试车操纵台界面，设计逼真的系统界面，所设计的界面不仅需要满足清晰、简洁、色调协调，具有极好的视觉效果，还需具备一致、易懂、明确的反馈高效的交互性，而且需能够满足项目式教学情景真实性需求，达到将工作岗位内容在教学中呈现。

（二）设计项目式仿真教学系统的完整功能模块

针对项目式教学内容具有综合而开放的特点，结合每一个项目的知识目标、能力目标以及情感目标，所开发的系统功能模块与所设计的项目一一对应，涵盖课程所需教学内容。

（三）“由简入难”的故障模拟

进行项目式仿真教学系统设计时，需考虑遵循“由浅入难”学习规律，消除学生畏难心理，营造轻松愉悦学习环境，以便进行项目系统化组织教学，激发学生学习兴趣，进行“由简入难，层层递进”故障模拟，达到“自成体系、学之会用”教学目标。

三、项目式仿真教学系统设计

（一）用户界面设计

1.电源控制和调节开关界面

电源控制和调节开关界面主要作用是实现人机交互的航空发动机试车相关控制开关和调节按钮，具体界面如图1所示。

（1）电源控制开关

电源控制开关主要有总电源（发动机及台架设备、控制操纵台、调节系统的总电源开关）、控制电源（发动机直流控制电源开关）、真空泵（带信号的真空泵电源开关）、补给泵（带信号的补给油泵电源开关）、补给开关（带信号的补给燃油电磁开关）、加力吹风（带信号的加力吹风开关）、应急断加力（带信号灯的加力总电源开关）、起动吹风（带信号的起动吹风开关）、起动燃油（带信号的起动燃油开关）、起动补油（带信号的起动燃油开关）、大流量（带信号的大流量开关）、小流量（带信号的小流量开关）、整流器（带信号的整流器电源开关）、供氮（带信号的供氮开关）、空中起动（带信号的空中起动开关）、液载90s（带信号的液压泵加载开关，接通液载90s开关后自动断开）、液载180s（带信号的液压泵加载开关，接通液载180s开关后自动断开）、加力活门（带信号的加力泵供油电磁活门开关）、汽化器（带信号的汽化器电磁活门开关）、短接JL（带信号的加力电路连锁开关）、短接FM（带信号的加力吹风连锁开关）、手动加力（带信号的手动加力连锁开关）。

（2）调节开关

调节开关主要有左、右液压泵调节（液壓泵加载流量调节开关）、抽真空调节（高空修正器真空调节开关）、补给泵调节（全加力状态补油量调节开关）。

2.控制按钮、转换开关及信号灯指示界面

起动按钮、转换开关及信号灯指示界面主要作用是实现人机交互的航空发动机起动、转换开关按钮和相关信号指示，具体界面如图2所示。

（1）控制按钮

控制按钮主要是指起动按钮（接通各起动的相应开关按钮后，按下起动电铃及起动按钮后，发动机可进行运转或起动）、等效附加电阻按钮（选择附加电阻等效1、等效2、等效4、等效8不同组别调整发动机的等效起动电源，模拟发动机在外场起动电源的特性）。

（2）转换开关

转化开关主要包括起动转换开关（控制转换发动机自动起动或等效起动的电源电路）、油封转换开关（控制转换发动机起动、油封、冷运转的电源电路）、补油转换开关（检查发动机起动补油与不补油的起动）、加力吹风转换开关（接通加力工作时，选择转换开关对加力燃烧室吹风的控制）、喷口或燃油延迟时间转换开关（接通加力时，选择控制喷口或燃油延时）、喷口转换开关（发动机工作时检查，转换开关DK、XK、XB检查凸轮控制发动机喷口打开、关闭的协动转速）、手动喷口转换开关（控制转换喷口收放）、电机加载转换开关（发电机加载负荷开关）。

（3）信号灯指示

信号灯指示主要包括航空发动机起动左右点火信号指示、起动相关、凸轮协动转速信号指示、喷口状态信号指示等。

3.试车主要参数及功能操作界面

试车主要参数及功能性检查界面主要作用是实现航空发动机试车过程中各试车参数显示、航空发动机试车各功能性检查，主要囊括三部分：第一部分为发动机运转、起动及相关的试车，第二部分为发动机稳态工作相关的试车，第三部分为发动机加、减速性、操纵性及功能性相关的试车，具体界面如图3所示。

4.试车动态及稳态参数界面

试车主要参数及功能性检查界面主要作用是将发动机推力、T3*温度、耗油率等重要性能参数精确显示出来，且给出是否合格结论;其也将与航空发动机试车相关的重要检查参数精确地显示于界面，作为学习者在试车过程中记录是否准确的参考标准值。

5.试车参数曲线历程界面

试车参数曲线历程界面主要作用是实现将航空发动机试车过程中重要动态参数（转速、推力、排气温度、加力总管压力、燃油流量、进气动压等参数在界面上实时显示）变化以曲线图形象直观实时显示，具体界面如图5所示。

（二）项目式仿真教学系统功能框架设计

结合项目式仿真教学系统设计的原则，进行项目式仿真教学系统功能框架设计，具体框架如图6所示，主要囊括教学内容：发动机试车的工艺流程、工艺分工、试车参数调整原理与方法等等，以实现培养学生具备熟知发动机试车的工艺流程、工艺分工的能力，熟知发动机试车中各功能性检查目的及要求，在试车中对超过工艺要求、限制时能及时得到正确处理的能力;具备分析判断与排除发动机一般性能故障能力，相应能够制定排除方案，编写发动机试车检查工作卡的能力。

（三）控制台故障模拟模块设计

结合“由简入难”的故障模拟设计原则以及航空发动机试车技术课程教学目标，进行控制台输入功能设计，功能的实现在系统提供的笔记本电脑上操作：即由教师通过笔记本电脑进行模拟“由简入难”的故障设置，实现发动机各种故障的模拟，快速培养学生及时发现故障、进行故障分析，提出排除故障的处理方法和排除的能力以及培养学生养成主动思考的好习惯和良好的职业素养。

四、应用实例

“航空發动机起动”教学项目是“航空发动机试车技术”课程抽象性、实践性较强的项目之一。“航空发动机起动”共安排6学时：知识目标是要求学生掌握掌握发动机起动操作步骤、参数的限制，了解发动机起动性能的调整，调整限制及调整部位;能力目标是培养学生能进行有关航空发动机起动的一般性故障分析及排除;情感目标是培养学生养成良好的主动思考习惯以及团队分工合作意识。

借助本文所设计的项目式仿真教学系统开展教学。首先，依托电源控制和调节开关界面和控制按钮、转换开关及信号灯指示界面以及系统功能，要求学生完成项目任务之一：通过亲自模拟航空发动机起动，使学生知道航空发动机起动所需接通电源开关以及控制按钮和掌握航空发动机起动步骤;其次，依托所有界面以及试车程序，要求学生完成项目任务之二：通过亲自模拟航空发动机起动，观察、总结航空发动机起动的参数限制;最后，在任务一和任务二的基础上，依托所有界面以及控制台故障模拟，要求学生综合完成项目任务之三：通过亲自模拟航空发动机起动，观察、发现航空发动机起动的一般性故障，并进行分析及排除。

五、结论

本文采用依托仿真系统为载体进行项目式教学，以创建与企业真实工作情境逼真的教学环境，实现了教学手段现代化、教学模式理实一体化，催化理论与实践有机融合，零对接岗位需求。

参考文献

[1] 杨训，雷勇，陈桂英等. 航空发动机试车计算机辅助试验系统[J]. 计算机测量与控制，2005（09）：900-902.

[2] 刘亚丰，苏莉，吴元喜等. 虚拟仿真教学资源建设原则与标准[J]. 实验技术与管理，2017（05）：8-10.

[3]  徐玉斌，郭艳艳.仿真教学与传统教学的关系探析[J].河南教育学院学报（ 自然科学版），2019（28）：72-75

[4]王静. 中职机电专业课学习评价的生本思考[J]. 职教论坛，2016（32）：40-41.

[5] 杨 杰 ，张 彪 .双子叶植物虚拟仿真教学资源的建设[J].南方论坛，2019（19）：18-22